JPS6250457A - 組成可変ｎ↓２ガス浸炭処理法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は雰囲気ガスを使用する炉で浸炭熱処理する方法
に関し、特に加熱処理工程で雰囲気ガスの組成を可変す
ることにより、鋼材表面異常層の低減、操業費の低減、
雰囲気ガスの安定及び安全性の向上を図る浸炭処理方法
に関するものである。

（従来の技術） 従来、一般に行われているガス浸炭処理方法には、第３
図に示すような昇温、浸炭、拡散、降温及び均熱なるヒ
ートパターンで常に一定組成の吸熱型の雰囲気ガスを絶
えず流して浸炭焼入れを行っている。

すなわち炭素水素ガスと空気とを一定割合で混合し、例
えば１０５０°Ｃに加熱された変成炉内の触媒を通過さ
せて水素と一酸化炭素の混合変成ガスをキャリアガスと
して浸炭炉に送り、浸炭濃度を高めるためのエンリッチ
剤として、同様の炭化水素を送入し、炉内を所定の雰囲
気に調整して目標の浸炭を行うものであるが、この場合
には高価な吸熱型雰囲気ガスである炭化水素を常時使用
するために操業費が高いこと、及び雰囲気ガスは可燃ガ
スであるため、扉開閉等の動作時は空気巻込みによる爆
発の危険性があり、取扱いに注意を要すること、並びに
表面異常層を防止するためには雰囲気ガスの低酸素分圧
化が必要であり、温度が低い程極低酸素分圧が要求され
るが、現状の酸素分圧は１０−”程度であるため表面異
常層が多く、これらの種々問題点がある。

これらの問題を解消する一方法として、特開昭５７−１
６１６４号特許がある。この特許はＣ０２とＣＯの２種
類の組成ガスを測定することによって、浸炭雰囲気の炭
素濃度を簡易に、かつ精密に制御し得る方法で、この目
的は雰囲気ガスの組成、特にＣＯの変動や炉内温度の変
位に応じて所望の平衡炭素濃度に相応するＣ０２量を修
正することによって浸炭雰囲気の平衡炭素濃度を一定に
制御する方法である。

しかし、この方法もＣＯ主体の反応による浸炭ではなく
　、Ｃ３Ｈ＋＋と空気との混合ガスの炉内での連接分解
方法であり、ＣＯが不安定となり浸炭ムラが発生ずるこ
と、及び降温から焼入保持までの間に於いても、ＣＪａ
と空気との混合であるため表面異常層が発生する等の問
題がある。

（発明が解決しようとする問題点） これら種々の問題を解消すべく、本発明は浸炭に必要な
極少量のＩ？Ｘガス（Ｃｏ　２３．５χ）をＮ２ガスで
希釈し、Ｃ、Ｈｌ例えばＣＨ，で雰囲気を制御する方法
でＣＯ％が安定となり、又降温から焼入保持までの間は
Ｎｚ＋ＣｍＨｎＯ方が従来法よりはるかに低い酸素ポテ
ンシャルが得られるために、表面異常層（軟化層）が著
しく低減出来るものである。

（問題点を解決するための手段） 以下本発明について第１図及び第２図に従って詳細に説
明する。

第１図は本発明に係る浸炭方法のヒートサイクルを示し
、第２図は本発明の浸炭方法を実際に実施する場合のガ
ス制御装置を示すブロック図である。

先ず被処理材である鋼材を浸炭室、焼入室で熱処理する
に当たり、第２図に示すように熱処理炉内にＮ２ガスを
常時一定量をＮ２ガスコフク１をもって、Ｎ２ガス流量
計５の流量計を介して流しており、パージ工程において
は、更にＮ２ガスをＮ２電磁弁２をもってＮ２ガス流量
計６を介して一定量の増量をさせる。

そこで、パージタイマーがタイムアツプするとＲＸガス
（ＣＯガス）をパージ工程でＮ２ガスを増量させた量分
だけ流し、差圧スイッチ９がガス量増量を確認するとＮ
２ガス電磁弁２が閉じ、Ｎｔガスは増量分だけ減量する
。すなわち、Ｎ２ガスの増量分だけＲＸガスがＩ’ｌＸ
ガス電磁弁３をもって、ＲＸガス流量計７を介して流入
されるものである。

このようにして浸炭及び拡散が行われるのであるが、浸
炭に必要な極少量のＲＸガス（Ｃｏ・２３．５χ）を一
定量流しているＮ２ガスで希釈し、ＲＸガス電磁弁３と
ＲＸガス流量計７によって流入されているが、炉内の雰
囲気ガスからｃｏｄと０２量とを分析し、Ｃ０１０□の
分圧、　　ｐＣ０／　（ｐ０２）＋ｚｚの変化値と炉内
温度と鋼材処理表面の目標炭素濃度とにより、必要とす
る炭素量をＣ，Ｈ，ガスによって、すなわちＣｌ１ｌＨ
ｏガスコントロールモーターバルブ４を使用してＣ、Ｈ
、ガス流量計との関係から導入することによって炉内で
の雰囲気を制御するもので、Ｃ，Ｈ，ガス、特にＣＨ４
使用による雰囲気制御することによってＣＯｚが安定し
た雰囲気が得られるものである。

拡散が完了するとＮ２ガス電磁弁２が開き、増量される
差圧スイッチ９で増量確認後、ＲＸガス電磁弁３が閉じ
る。このようにパージ工程、昇温、浸炭、拡散及び降温
、均熱なるヒートパターンに応じて装入ガス量を可変さ
せて、雰囲気ガスの組成を可変させることを特徴とする
浸炭処理方法にある。

第２の特徴は、降温から焼入保持までの間は従来法では
Ｃ，Ｈ，、十空気及びＮ２であるが、本発明においては
ＮＺ＋Ｃ，Ｈ，ｌなる方法を用いることによりはるかに
低い酸素ポテンシャルが得られるため、表面異常層（軟
化層）が著しく低減できる。

例えば従来法では表面異常層が２０〜３０μｍであるに
対して、本発明では５μｍ程度であることが確認されて
いる。

（作　用） 浸炭は本来ＣＯ主体の反応でないと被処理鋼材にムラが
生ずるもので、従来法のようにＣ３Ｌと空気との混合ガ
スの炉内での直接分解はＣとＨ２及び炉内Ｈ２０，ＣＯ
□と反応してＣＯとＨ２が生成される。すなわち、酸化
性ガスを用いるのは、炉が密閉式の関係からＣ０１ｉｉ
の生成を補助する必要があるからである。しかし、この
直接分解及び炉内Ｈ２０，ＣＯ２反応として生成される
ＣＯ量生成を制御することは困難で、００％の不安定に
結び付き、浸炭ムラを生ずることになる。これを避ける
ため、Ｃ，Ｈ，１＋空気の混合ガスを使用せず、ＲＸガ
スをＮ２ガスで希釈し、Ｃ，Ｈｎで雰囲気を制御する方
法がはるかに００％が安定し、浸炭ムラが少ないことを
見出したものである。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば００％が安定し浸炭ムラ
が極めて少なく、かつ表面異常層が著しく低減出来るこ
とより強度も高（、平滑、切欠曲げ疲労も強く、寿命も
２倍程度得られること、ヒートサイクル動作時の雰囲気
ガスの空気混合のないことから不燃化による安全向上、
並びに密閉、開放型炉も可能であり、設備費が安（出来
る等種々の顕著な効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る浸炭処理方法のヒートサイクルを
示すグラフ、第２図は本発明に用いる制御装置の実施例
を示すブロック図、第３図は従来法に係る浸炭処理法の
ヒートサイクルを示すグラフ、第４図は他従来法である
浸炭処理法のヒートサイクルを示すラフである。 １・・Ｎ、ガスコック、　　２・・Ｎ２ガス電磁弁、３
・・Ｒχガス電磁弁、　　４・・Ｃ，Ｈ，、ガスコント
ロールモーターバルブ、　５，６・・Ｎ２ガス流量計、
　７・・ＲＸガス流量計、　８・・ＣｍＨｎガス流量計
、　９・・差圧スイッチ、１ｏ・・リミッティングオリ
フィス。 第１図 　７　ｃ 第２図 Ｎ２７７ス　　　　　　　Ｒｘかズ　　ＣｍＨｎ７７ス
第３図 Ｔ＋’Ｃ 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 昇温、浸炭、拡散、降温、焼入保持及び冷却工程を得る
   鋼材の浸炭熱処理において、全工程にＮ＿２ガスを流す
   と共に、昇温、浸炭及び拡散工程にＲＸガスとＣ＿ｍＨ
   ＿ｎガスを導入し、該ＲＸガスとＣ＿ｍＨ＿ｎガス混合
   の雰囲気を目標炭素量になるように、Ｃ＿ｍＨ＿ｎガス
   を制御送入すること、及び昇温、焼入保持工程ではＲＸ
   ガスを閉じＣ＿ｍＨ＿ｎガスのみを導入することを特徴
   とする組成可変Ｎ＿２ガス浸炭処理法。